乙酰胆碱酯酶活动的脑组织Profundulus蜥和Poecilia butleri从墨西哥南部的一个分水岭

文摘

有机磷和氨基甲酸酯化合物用于农业和畜牧业Coatan分水岭,已经广泛应用于玉米、咖啡和香蕉作物,进行水体。这些化合物抑制乙酰胆碱酯酶酶活性在水生生物,这对有机磷和氨基甲酸盐被认为是生物标志物在环境中。这项工作的目的是评估大脑中乙酰胆碱酯酶活性抑制鱼类Profundulus蜥和Poecilia butleri从Coatan分水岭。河水细分根据环境和人为活动:上,中间,过渡和较低的区域。因为没有一个物种分布都沿着河边,收集两个物种,Profundulus毛虫上部和中部区和Poecilia butleri过渡和较低的区域。收集了两个赛季,高和低降水。鱼脑组织中的酶活性测定和分析结果显示活动从高到低降水减少河流区域,酶抑制在上部区域从19.27高降水量40.48%低降水季节中间地带从22.70到38.12%分别在高和低的降水。在过渡和较低的区域,抑制从55.96 - 72.82%和52.04 - 64.48%分别在高和低的降水。酶活性的抑制在脑组织Profundulus蜥和Poecilia butleri Coatan河可以视为水生环境中农药的指示器

关键字

氨基甲酸盐生物标志物,恰帕斯,有机磷农药。

介绍

有机磷酸酯(OPs)和氨基甲酸酯(CBs)化合物通常用于防治害虫农业、农业和城市住宅;他们坚持的环境相对较低,不biomagnify [1,2]。然而,使用这些物质的不足导致了找到他们在自然水体,土壤和食物3]。

乙酰胆碱酯酶的酶(疼痛)负责调节神经信号通过水解乙酰胆碱(ACh)在胆碱和乙酸,避免其积累(4]。这种酶的活性降低的行动和哥伦比亚广播公司由于他们的磷和碳原子影响其活性部位,削弱其绑定,呈现相应的酶phosphorilated或氨基甲酸酯。的神经递质突触的积累影响中枢和周围神经系统以及神经肌肉功能,导致神经系统紊乱等感官和行为障碍缺乏协调,运动和呼吸功能抑郁,最终导致死亡。在甲壳类动物、鱼类的研究(1,2,5)、鸟类(6),哺乳动物(7),甚至在人类8),表明疼痛活动减少由于暴露在OP和哥伦比亚广播公司(CBs)。

在水生生态系统中,鱼特别容易受到行动和哥伦比亚广播公司的存在,因为他们的整个生命周期发生在水[9]。例如,0.05 mg / L的行动的影响疼痛的活动雄鱼mykiss Gambusia yucatana,Catostomus occidentalis(肌肉)和Lagodon菱形(大脑),呈现一个酶活性减少高达60%的72 - 96小时后的1,2,4,10,11]。的大脑组织Seriola dumerelli, Oreochromis niloticus和鲤鱼striatus的酶抑制疼痛达到75%的水平12- - - - - -14]。

Coatan分水岭位于Mexico-Guatemala边境(中美洲北部),墨西哥和中美洲的其他水域的东南部发生重要变化的土地利用是由于不断增长的农业生产活动(15),大约65%的表面是耕地[16],使用大量的化学物质,如O, O-Diethyl O - [4 - methyl-6 (propan-2-yl) pyrimidin-2-yl] phosphorothioate, 2, 2-Dimethyl-2, 3-dihydro-1-benzofuran-7-yl methylcarbamate,二乙基2 - [(dimethoxyphosphorothioyl) sulfanyl] butanedioate, N - (phosphonomethyl)甘氨酸和O, O-Diethyl S - [(ethylsulfanyl)甲基]phosphorodithioate芒果、香蕉、玉米、咖啡和大豆种植园(17]。唯一的直辖市Tapachula(主要直辖市Coatan分水岭),2010 - 2015年期间,约1.875吨的N -甘氨酸(phosphonomethyl)使用(18]。允许使用这些类型的化合物由于其低环境持久性、导致他们的整个流域的广泛使用17]。

因为大多数的区域Coatan分水岭是农田,行动和CBs广泛的使用,他们的存在在水生环境中可能危及生态系统,影响该地区生物。本研究的目的是确定的疼痛抑制脑组织的鱼Profundulus蜥和Poecilia butleri从Coatan分水岭。

材料和方法

Coatan分水岭位于墨西哥恰帕斯州的东南部,水面733平方公里;其领土的一部分(30%)与危地马拉、共享(图1)。它坐落在坐标15°16 36”- 14°46 12”北;和92°31”12 - 92°07年的36“西19]。地形的特点是三个地区:上层区(是乌斯),恰帕斯的马德雷山脉高地;中间带(MZ),土地的部分马德雷山脉(山区域);和较低的区域(LZ),沿海平坦的土地(20.]。

主要有两个季节,降水季节(HP)高,6月开始和结束在11月与月平均雨量2990.33毫米,和低降水(LP)赛季结束在5月和12月开始每月平均雨量73.6毫米的21]。

为研究目的,墨西哥的部分流域划分为四个主要地区根据主导土地利用和植被类型;是乌斯:pine-oak森林,媒介sub-perennial或低的森林和较低的落叶林,主要农作物有玉米、豆类和咖啡;MZ:咖啡种植园与初期的主要部分中等sub-perennial森林,低落叶林;过渡区(TZ):市区(市)Tapachula和低区(LZ):由季节性香蕉等作物,大豆、玉米、芝麻等(22]。在每个区域,三个采样地点建立了主流Coatan河,第一个最活跃的区域对应的区域之前,第二个前的活动区域和第三个过去的区域(图1)。

生物集合

以来所有的鱼类分布在整个流域,收集两个物种的主流,Profundulus蜥在乌斯、MZ和Poecilia butleri在TZ和登陆点。期间收集了惠普和LP季节使用不同的方法如鱼陷阱,撒网和勺子网。鱼被困后,他们在冰和运送到实验室的直接分析。鱼被确定物种水平根据阿尔瓦雷斯德尔·维拉尔[23)和米勒(24]。因为它是不可能维持鱼类在实验室获得基础值,这些值是来自个人的UZ2获得p .蜥(17人),因为这个网站被认为更少的影响由于明确的自来水和最初的河岸植被的里维埃拉。为p . butleri个人收集的网站TZ3(7人)一个池塘的泉水;两组的个人记录最高的酶活性在惠普的季节。

酶分析

疼痛活动确定后进行Ellman[描述的方法25),修改希尔和弗莱明(26]。生物解剖获得大脑组织,这是均质和三羟甲基氨基甲烷缓冲液pH值8(1毫升/ 100毫克组织)。后来,10μl混合物添加1.5毫升的盘中´-dithiobis-2(对硝基苯甲酸)和50μl acethylcholine碘衬底。反应监测每30秒三分钟在室温下(24±1°C)。读数记录三次哈希DR5000 spectophotometer 405海里。数据单位被显示在μmol acethylthiocholine /分钟/ g组织。

统计分析

抽样收集期间,没有发现鱼的一些选定的网站。为统计海豚不平衡模型补偿使用Boostrap重采样方法(27]。为了达到这个目标,相同的数据区和最近的收集网站。根据采样数据分析进行设计提出的一个嵌套的多因素一般线性模型(GLM),使用IV型平方和由于观测数据的数量不是每个因素相似的水平。均值之间的差异因素水平验证了使用邓肯测试(27]。一般分析和后来的测试都是使用0.95置信区间。使用StatSoft Statistica 7软件计算得到。

结果

上部和中部地区

总共有128成年鱼的p .蜥收集的是乌斯(57人)和MZ(71人),与11个男性和117个女性。收集网站UZ1,没有人在任何季节。

统计分析表明,两个气候季节之间的疼痛活动显示显著差异(F₍₁₁₄₂₎= 25116,p = 0.0000),在惠普的高值。显示的是乌斯个人更高的酶活性在惠普季节(图2)。MZ酶活性没有显示季节差异(F₍₂₁₄₂₎= 5,2044年,p = 0.0659);同样,没有差异的网站在这两个季节。

是乌斯的疼痛在网站级别活动范围从20.47±2.14μmol /分钟/ g (UZ3)在LP 34.40±9.88μmol UZ2 /分钟/ g (图2)在惠普的季节;在最后这个网站,酶活性最高p .蜥观察到,因此被认为是抑制百分比计算的参考价值。的酶活性MZ范围从21.29±5.28μmol /分钟/ g在MZ3 LP季节26.92±6.95μmol /分钟/ g在惠普季节(图2)。没有明显差异(F发现在这个水平₍₈₁₄₂₎= 1,4643,p = 0.17539)。

酶抑制疼痛p .蜥记录所有的乌斯、MZ网站在两个季节(图3)。观察抑制最低的是乌斯在惠普季节疼痛抑制了19.27%,而最高的抑制被记录在同一区在LP季节减少了40.48%。

过渡和较低的区域

总共有160p . butleri鱼收集TZ(70人)和LZ(90人)的27名男性和133名女性,平均每13个人网站。没有人发现在TZ3 LP。

气候季节之间有显著差异(F₍₁₁₉₂₎= 65190,p = 0.00000),减少活动期间LP。平均差的测试表明,TZ不同季节(F₍₂₁₉₂₎= 11090,p = 0.00003)。LZ也是不同的酶活性最低的季节在LP。

酶活性在站点级别TZ范围从9.45±3.36μmol /分钟/ g (TZ2)在LP季节,34.78±2.61μmol /分钟/ g (TZ3)在惠普季节(图2)。后者网站最高的酶活性p . butleri,所以这个值作为参考。LZ网站的酶活性介于11.47±1.98μmol /分钟/ g在LP季节,16.68±8.9μmol /分钟/ g在惠普的季节,两个值记录在同一网站(LZ2)。TZ和LZ显示抑制百分比50%以上在季节和所有的网站。网站之间的统计分析并没有显示出显著的差异。

酶活性抑制疼痛是记录在所有TZ和楼主的网站。抑制比例最低的是观察到LZ2惠普期间有52.04%,而最高的抑制被记录在网站TZ2 LP赛季72.82% (图3)。

讨论

由于没有其他化合物的重要来源,可能影响疼痛活动如菲,哌啶,等,广泛使用分水岭的行动和CBs可以视为酶抑制剂的主要来源Coatan水生系统的分水岭。

直接测量河水并没有表现在这个研究;然而有证据表明,行动和哥伦比亚广播公司在该地区的存在。Hernandez-Hernandez [28]估计农药水生生态系统的风险常用的作物Huehuetan分水岭,西侧Coatan分水岭,在这项研究中锰ethylene-bis-dithiocarbamate, Dxiethyl 2 - [(dimethoxyphosphorothioyl) sulfanyl] butanedioat和其他农药被认为是高接触水生生物由于frecuent和广泛应用。Hernandez-Romero [15]发现O, O-dietil O-3 5 6-trichloropyridin-2-ilfosforotioato水样湿地Coatan东部的分水岭。

大脑疼痛酶活性被抑制在所有地区的鱼类和收集网站在两个季节。总体抑制值p .蜥在乌斯、MZ(从19.27%到40.48%)和p . butleri(从52.04%到72.82%,TZ LZ)类似报道Mugil领(29日),鲤属carpio(30.)表示一个活动减少了60%,这是有关高农业活动、排水和灌溉领域;同时,抑制在低降水季节更加明显,类似的趋势在目前的研究(29日,30.]。研究坎yucatana报道压抑疼痛活动48%并显示相同的季节性行为模式(31日]。

控制行动和哥伦比亚广播公司(CBs)Oreochromis niloticus Gambusia亲近种和claria gariepinus揭示抑制值50%,类似于目前的研究(32- - - - - -34]。抑制结果证明这种类型的化合物存在于Coatan分水岭。

以行动和CBs到达水生生态系统,没有必要直接倒在河里;这些化合物可以通过环境运输和移动的方式不同。土壤中有机质含量高、农药运动较低,由于胡敏酸,保留更长一段时间。然而,当土壤湿度增加,吸附降低和化合物在土壤中移动从高浓度区域向低浓度的(35]。农药在农业土壤有机质含量较低可以很容易地通过水径流运送至二次流,最终达到主流,尤其是在最多雨的季节。这种类型的运动,可能是这些化合物的主要途径进入河流。在惠普的季节,河水流的增加,特别是在雨下个月(9月和10月),促进农药稀释在水里。尽管水径流可以移动化合物的主要来源,水量增加(及其流速度)也促进其稀释(28,36),因此,它可能是,这一过程可以减少农药和生物之间的接触机会,居住Coatan河,这也许可以解释降低疼痛抑制。雷竞技网页版值得注意的是,鱼在高水流往往寻求庇护区远离流扰动而已,而且可以帮助他们避免接触这些化合物(现场收集期间观察这种行为)。

的差异酶活性乌斯、MZ之间不断的在这两个季节,这可能是由于农业活动发生在这两个方面,由于是乌斯支持自给农业(玉米和豆类为主)与农药应用程序只在生产季节,此外,农作物主要建立在高斜率,土壤侵蚀,低生育率与一些农业治疗(37]。疼痛抑制水平在这一领域也可能表明,行动和CBs可以从危地马拉农田、可能会出现在乌斯,但相对低浓度。

MZ,农田表面大,支持多年生作物,如咖啡,得到持续的维护;因此,全年使用杀虫剂。结果符合使用杀虫剂,呈现疼痛抑制高于是乌斯。

在LP季节,农药传输机制是不同的。可以的一个主要挥发过程中农药可以移动环境(38]。挥发过程发生在两个阶段,在第一个,有一个农药运动对土壤表面蒸发(这个过程是在裸土壤越快);在第二阶段中,化合物的形式进入大气中气体,被风将他们运到沉积在其他任何地方。风运输也会发生后立即农药应用程序和取决于产品的物理和化学性质(蒸汽压、水溶解性)、环境条件(温度、风速)和土壤特性(有机质含量)39]。这样,农药也可以到达河除了水流径流。

有机磷和氨基甲酸酯农药降解速度由于微生物分解,fotochemical反应、蒸发、水解和高温(40]。农药破裂会导致更多的有毒代谢产物的形成比原来的化合物,可以更容易被组织吸收随着温度的增加,导致更强的疼痛压抑。例如,蟹类和水生昆虫的研究显示比例直接行动吸收之间的关系(0,0-diethyl 0 - 3, 5, 6-trichloropyridin-2-il phosphrothioate和0,0-dimethyl 0-4-nitrophenyl phosphrothioate)的水的温度增加(41- - - - - -43]。在LP季节,很大一部分的土壤季节性农作物区域暴露在风、太阳辐射和高温典型的从这个赛季。此外Coatan河的水量减少,从而增加暴露于这些化合物的概率。这些环境条件可以放大接触农药的影响及其概率;这可能是负责的增加酶的抑制百分比中发现鱼在LP季节。

在LP季节,TZ y LZ显示抑制值最高。72.8%的抑制成立于TZ可能与城市Tapachula使用杀虫剂和农药容器处理不足(44]。高抑制LZ可能与广泛的农业活动中观察到,在这个区域,农业占主导地位的活动和使用近97%的区域,和一些作物常年像芒果,香蕉和可可和一些时间像大豆、芝麻和玉米,他们使用农药。

提到研究是很重要的在鱼类和鸟类已经确定,禁忌20%以上表明暴露于疼痛相关农药、禁忌50%以上显示重要的负面影响,一些超过70%被认为是威胁生命的禁忌(45- - - - - -47]。根据禁忌,在鱼的乌斯、MZ Coatan河表明他们被暴露在行动和CBs可逆的影响如果曝光就消失了。然而,禁忌在TZ, LZ表明有机体受到威胁生命的农药浓度,这最终会杀死他们,因为这些抑制水平是不可逆转的。

最后,基底大脑组织疼痛值p .蜥(34.40±9.88μmol /分钟/ g)和p . butleri(34.78±2.61μmol /分钟/ g)是相似的,尽管这些鱼属于不同的家庭,可能表明大脑疼痛值可以秩序Cyprinodontiformes所有物种的类似,表明使用任何种类的这个顺序可以作为生物标记物暴露在行动和哥伦比亚广播公司,但需要进一步的证明。

结论

本研究的结果显示酶活性抑制Profundulus蜥和Poecilia butleri,这表明有机磷和氨基甲酸酯类化合物的存在的水生环境Coatan分水岭。不管气候季节,抑制作用在脑组织acetylcholinestherase增加更高的地区农业和城市活动。

确认

本研究由项目”的实施一个综合管理策略的水和生物资源Coatan河流域“洋底Mixtos CONACyT-Gobierno del Estado de恰帕斯州2008-08-107174。

奥特谢谢能埃斯特拉达达米安,Yoshio Bricaire,安德里亚·埃斯皮诺萨托莱多埃德·蒙松de la Cruz Luis m . Munos克鲁斯和Leticia弗洛雷斯Chilel现场工作。他们也感谢Yaneth埃斯特拉达桑托斯和创世纪t·帕切科加里多在实验室对他们的帮助。

的利益冲突

作者认为他们没有利益冲突。

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